一塊巨大的深灰色圓盤(pán)占據(jù)了波士頓金屬實(shí)驗(yàn)室（Boston Metal）公司的部分空間，該公司是麻省理工學(xué)院（MIT）的一個(gè)分支機(jī)構(gòu)。
這是該公司采用新型金屬加工方法加工的第一批高強(qiáng)度合金。Boston Metal已開(kāi)發(fā)出一種更接近電池的產(chǎn)品，取代了幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)用于煉鋼的熔爐。其實(shí)這就是所謂的電解槽，它使用電力而不是碳來(lái)加工原鐵礦石。
如果這項(xiàng)技術(shù)在規(guī)模化之后能像其發(fā)明者所期望得的那樣便宜，那么它將為減少全球經(jīng)濟(jì)中最難以清潔的領(lǐng)域之一、也是氣候污染的最大工業(yè)來(lái)源之一——鋼鐵行業(yè)的溫室氣體減排提供一條清晰的路徑。
過(guò)去6年里，這家擁有9名員工的公司一直在努力實(shí)現(xiàn)這一想法，如今他們正進(jìn)入下一個(gè)階段：即將發(fā)起一輪融資來(lái)啟動(dòng)這個(gè)大型示范項(xiàng)目。如果可以獲得新一輪融資，他們計(jì)劃建立一個(gè)大型示范工廠，并開(kāi)發(fā)一個(gè)用于鋼鐵生產(chǎn)的工業(yè)規(guī)模電池槽。
減排，勢(shì)不可擋
現(xiàn)代煉鋼的主要方法是將氧化鐵與焦炭（是一種來(lái)自煤中的堅(jiān)硬多孔的物質(zhì)）一起放入熔爐。在高溫下，焦炭會(huì)轉(zhuǎn)化成一氧化碳，并從鐵中吸收氧元素，產(chǎn)生一種中間金屬，即“生鐵”，與此同時(shí)還會(huì)釋放出二氧化碳進(jìn)入大氣。
最近美國(guó)《科學(xué)》雜志上發(fā)表的一篇名為“我們還不知道該如何削減超過(guò)四分之一的能源排放”的論文指出，上述過(guò)程中的這一步驟和其他步驟每年約向大氣中排放1.7億噸的二氧化碳，占全球二氧化碳排放總量的5%左右。盡管這些數(shù)據(jù)驚人，但實(shí)際數(shù)據(jù)可能更高，因?yàn)檫@一結(jié)論并沒(méi)有將生產(chǎn)前點(diǎn)燃熔爐所需要的燃料考慮在內(nèi)。
“汽車(chē)、建筑物和橋梁都很依賴(lài)鋼鐵，”加州大學(xué)歐文分校的地球系統(tǒng)科學(xué)家、該研究的第一作者Steven Davis表示。 “因此，除非我們改變這一點(diǎn)。我們需要找到一種方法減少這一過(guò)程中碳的使用。但沒(méi)有任何跡象表明我們?cè)谧鞒龈淖儭?rdquo;
但要徹底消除碳排放，要么就是在二氧化碳離開(kāi)煉鋼廠之前將其捕獲（但這項(xiàng)技術(shù)既貴又難實(shí)現(xiàn)），要么就是用替代材料將氧化鐵中的氧元素去除。
意外收獲
其實(shí)，電解槽煉鋼技術(shù)的提出是一次意外收獲。
在本世紀(jì)頭十年的中期，美國(guó)宇航局（NASA）曾向能弄清如何從月球表面提取氧氣（這是建立月球基地的先決條件）的第一個(gè)研究小組提供了25萬(wàn)美元的獎(jiǎng)金。麻省理工學(xué)院化學(xué)家Donald Sadoway提議使用一種電解槽——它可以產(chǎn)生電流來(lái)分解化合物——從月球巖石中提取氧氣。其副產(chǎn)品是熔融金屬，這一思路也促使他開(kāi)始探索用類(lèi)似的方法處理地球上的金屬的可能性。
但是生產(chǎn)像鋼鐵這樣的東西需要一種由廉價(jià)材料制成的陽(yáng)極，這種材料在高溫下不會(huì)腐蝕，也不容易與氧化鐵發(fā)生反應(yīng)。2013年，Sadoway和麻省理工學(xué)院冶金研究員Antoine Allanore在《自然》雜志上發(fā)表的一篇論文中得出結(jié)論，由鉻基合金制成的陽(yáng)極可能是符合上述要求的最佳選擇。
2017年，Sadoway、Allanore和另一位合伙人共同創(chuàng)辦了一家名為Boston Electrometallurgical的初創(chuàng)企業(yè)，后來(lái)就發(fā)展成為Boston Metal。截至目前，該公司已籌集了1300萬(wàn)美元，這些資金主要來(lái)自巴西投資者Ingo Wender、美國(guó)能源部和美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)。
猶豫不決地改變
在Boston Metal里，有一個(gè)電解槽格外顯眼。這是一個(gè)矮胖的金屬圓柱體，其頂部有一個(gè)煙囪狀的管子，前面有一個(gè)環(huán)形的開(kāi)口。這一電解槽旨在生產(chǎn)鐵合金，這是一種用于生產(chǎn)某些級(jí)別鋼材的材料，也是這家初創(chuàng)企業(yè)最初的目標(biāo)市場(chǎng)。
實(shí)際上，煙囪狀的管子是一個(gè)陽(yáng)極。沿著底部的一層薄金屬形成陰極。這些正電極和負(fù)電極在一起能起到一種泵的作用，推動(dòng)電子通過(guò)腔室中的電解液——金屬礦物和其他氧化物的混合物。
電解液中的精確成分是該公司核心技術(shù)的關(guān)鍵部分。就鋼而言，其他氧化物在高溫下充當(dāng)溶劑溶解氧化鐵，但其自身并不會(huì)分解。
當(dāng)電流加熱溶解液的時(shí)候，從鐵氣泡中釋放出來(lái)的氧氣會(huì)上升到溶解液的頂部，而由此產(chǎn)生的金屬則會(huì)在溶解液的底部積聚起來(lái)。一旦操作者“輕敲”，熔化的金屬就會(huì)以熾熱的橘紅色線條傾瀉而出。
在煉鋼過(guò)程中使用碳的一個(gè)好處在于，它可以賦予最終產(chǎn)品以足夠的強(qiáng)度，至少在其比例合適的情況下是這樣。該公司戰(zhàn)略總監(jiān)Adam Rauwerdink曾在一封電子郵件中寫(xiě)道，為了生產(chǎn)特定級(jí)別的鋼材，只要在金屬冷卻時(shí)加入碳和其他材料即可。
但有些人想知道，對(duì)于以保守著稱(chēng)的鋼鐵行業(yè)而言，這究竟有多大的說(shuō)服力。畢竟，鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)的材料是需要支撐起摩天大樓的。“鋼鐵本身的機(jī)械性能在某種程度上需要碳，”加州理工學(xué)院化學(xué)家Nathan Lewis在一封電子郵件中解釋道。“可以理解的是，鋼鐵行業(yè)對(duì)改變這一過(guò)程是猶豫不決的。”
曾領(lǐng)導(dǎo)全球最大的鈮產(chǎn)品生產(chǎn)商——巴西礦冶公司（CBMM）的Tadeu Carneiro如今來(lái)到Boston Metal擔(dān)任首席執(zhí)行官。他對(duì)未來(lái)已有了新的設(shè)想，接下來(lái)的三年計(jì)劃建立一個(gè)生產(chǎn)鐵合金的示范工廠，與此同時(shí)，還將開(kāi)始設(shè)計(jì)和建造一個(gè)適用于生產(chǎn)鋼鐵的全尺寸電池槽。
Carneiro希望在7年內(nèi)實(shí)現(xiàn)這些設(shè)想。這樣，公司就可能會(huì)尋求更多的商業(yè)模式，包括許可技術(shù)、與金屬制造商合作、銷(xiāo)售電池槽或直接生產(chǎn)金屬。
當(dāng)然，直到產(chǎn)品真正在商業(yè)規(guī)模上進(jìn)行生產(chǎn)和測(cè)試之前，現(xiàn)在就說(shuō)它究竟能起多大的作用還為時(shí)尚早。而且，僅僅以相同的價(jià)格制造一個(gè)綠色版本的產(chǎn)品并不足以改變整個(gè)行業(yè)，畢竟，鋼鐵廠投入數(shù)十億美元的沉沒(méi)成本是希望其可以運(yùn)行幾十年的。此外，一個(gè)不容忽視的事實(shí)是，鋼鐵行業(yè)主要分布在那些相對(duì)貧窮或經(jīng)濟(jì)困難的國(guó)家。
道阻且長(zhǎng)，行則將至。雖然困難重重，但Carneiro相信公司會(huì)克服諸多的技術(shù)挑戰(zhàn)，用實(shí)力去證明這項(xiàng)技術(shù)的實(shí)用性與經(jīng)濟(jì)性，最終說(shuō)服整個(gè)行業(yè)作出改變。
顯然，改造價(jià)值近1萬(wàn)億美元的鋼鐵行業(yè)不可能一蹴而就，這將是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程。但是如果這家初創(chuàng)企業(yè)的嘗試與努力最終得到驗(yàn)證，那么其至少能為解決氣候難題中最困難的部分點(diǎn)燃一些希望的“火苗”。■